Лазерная технология в микроэлектронной промышленности

Лазерная технология находит широкое применение микроэлектронной промышленности при обработке полупроводников, формировании p-n-переходов, омических контактов, контактов металл-полупроводник и т.д.

Лазерная закалка

Одно из направлений лазерной технологии – поверхностное упрочнение (быстрое нагревание материала – быстрое охлаждение) – лазерная закалка. При этом образуются структуры повышенной твердости. Требуемая глубина упрочнения (обычно меньше 0,5 мм) обеспечивается подбором интенсивности падающего излучения и скорости сканирования (перемещения) луча. При плотности потока излучения 10⁴ Вт/см², поперечном размере луча 1 см и скорости сканирования 1...10 см/с скорость разогрева поверхности достигает 10⁴ К/с.

Перспективное направление – дробление и резание горных пород.

Контрольные вопросы

1. История создания коротких лазерных световых импульсов.

2. Импульсные лазеры наносекундного диапазона.

3. Виды затворов, применяемые для создания лазерных испульсов.

4. Механические затворы.

5. Метод прожигания в затворах.

6. Оптические затворы.

7. Фототропные затворы.

8. Режим модуляции добротности резонатора.

9. Режим синхронизации мод.

10. Пикосекундные лазеры.

11. Фемтосекундные лазеры.

12. Использование дисперсионных свойств среды для создания фемтосекундных лазеров.

13. Использование нелинейных свойств среды для создания фемтосекундных лазеров.

14. Области применения пико- и фемтосекундных лазерных импульсов.

15. Применение лазеров для выполнения отверстий малого диаметра, обработки материалов, сварки.

16. Особенности лазерных технологий выполнения отверстий малого диаметра, обработки материалов, сварки.

Лекция 8 оптоэлектронные системы с лазерами (часть 2)

8.1. Лазерные измерительные системы

Высокая степень временной и пространственной когерентности лазерного излучения делает лазер незаменимым измерительным инструментом.

С помощью лазерных систем можно с высокой точностью измерять скорость (в том числе угловую) твердых тел, потоков жидкостей и газов, исследовать профиль и положение поверхности, определять чистоту обработки и размеры деталей, измерять расстояния до удаленных объектов.

Лазерные системы для измерения скорости потока жидкости или газа

Р ассмотрим лазерные системы для измерения скорости потока жидкости или газа. Эти измерения очень важны для аэродинамики и гидродинамики, где необходимо знать, как и каким образом поток газа или жидкости обтекает тела различной формы. При традиционных методах в поток вводят измерительный зонд, который вносит большие погрешности. Чтобы не возмущать исследуемый поток, применяют оптические методы. Наиболее перспективный основан на рассеянии лазерного излучения движущимся потоком.

Из-за эффекта Доплера частота света, рассеянного объектом, который движется относительно источника, изменяется. Разность частот (сдвиг) зависит от скорости объекта. Рассмотрим схему одного из приборов, работающих по этому методу и называемых доплеровскими анемометрами (рис. 8.1).

Излучение гелий-неонового лазера 1 (Р_вых=10…15 мВт) направляется оптической системой (линзы 2, 3) в светоделительное зеркало 9. Это зеркало формирует два пучка. Они направляются на зеркала 4 и 8, соответственно. Оба пучка фокусируются линзами 5 и 7 в той области потока, где надо измерить скорость. Фотоприемник 6 регистрирует излучение, рассеянное средой. Рассеянное излучение содержит две составляющие, обусловленные рассеянием каждого из пучков, которые интерферируют. Если в выходном сигнале фотоприемника выделить частоту биений интерферирующих колебаний, то она оказывается пропорциональной скорости потока.

Лазерные измерители скорости потока бесконтактны, обеспечивают высокую точность измерений, работают в диапазоне скоростей от нескольких миллиметров до сотен метров в секунду при высоком быстродействии. Эти приборы применяют при исследовании турбулентных течений в различных жидкостях и газах, ударных волн, возникающих в сверхзвуковых потоках газа, высокотемпературных потоков плазмы и сверхохлажденных потоков криогенных жидкостей, при анализе движения крови по кровеносным сосудам и даже при изучении движения ледников. Если жидкость или газ прозрачны и слабо рассеивают свет, то в поток вводят рассеивающие частицы определенного размера.